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1、吉林化工学院化工原理课程设计化工原理课程设计任务书 设计题目 ： 苯甲苯二元物系筛板式精馏塔设 计 条 件 ： 常压： 处理量： 进料组成：馏出液组成： 釜液组成： （以上均为摩尔分率） 塔顶全凝器 泡点回流 回流比： 加料状态： 设 计 要 求 ： (1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。(2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。(3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计I目 录摘 要1前 言2第一章 绪 论21.1 精馏原理31.1.1 加热方式的选择31.1.2 操作压力的选取41.1.3 回流比的选择41.1.4
2、 塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择41.1.5 板式塔的选择41.1.6 关于附属设备的设计51.2 设计思路5第二章塔板的工艺设计22.1物料衡算22.1.1物料衡算22.1.2温度计算32.1.3相对挥发度32.1.5精馏段、提留段物流量42.2理论塔板数的求解52.2.1逐板法理论塔板数求解52.2.2塔板效率及实际塔板数62.3热量衡算62.3.1加热介质的选择62.3.2冷凝剂的选择72.4.2 0时塔顶气体上升的焓82.4.3回流液的焓82.4.4塔顶馏出液的焓82.4.5冷凝器消耗的焓82.4.6进料口的焓92.4.7塔底残液的焓92.4.8再沸器（全塔范围的热量衡算）92.
3、5.3平均粘度132.6塔体工艺尺寸的计算132.6塔板主要工艺尺寸的计算152.7 塔板的布置182.7.1塔板分布：182.8筛板的流体力学验算192.8.1塔板压降192.8.2液面落差202.8.3液沫夹带202.8.4漏夜212.8.5液泛212.9塔板负荷性能图212.9.1 漏液线212.9.2 液沫夹带线222.9.3 液相负荷下限线232.9.4液相负荷上限线232.9.5液泛线23第三章 塔附件设计273.1接管管径的计算和选择273.1.1进料管273.1.2回流管273.1.3塔顶蒸气管273.1.4塔底出料管283.2法兰283.3封头283.4裙座283.5人孔29
4、第四章 塔总体高度的设计304.1塔的顶部空间高度304.2塔的底部空间高度304.3塔立体高度30第五章 塔附属设备设计315.1冷凝器的选择315.2再沸器的选择32致谢33主要符号说明34结果汇总36参考文献380摘 要本次设计中,我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，我们采用的精馏装置有精馏塔，再沸器，冷凝器等设备。热量从塔釜输入，物料在塔内进行精馏分离,余热由塔顶产品冷凝器中的冷却介质带走，为了减少热量,能量的损失，我们在进料前设置了节能器，把塔底热产品先与进料进行热交换，然后再冷却。本文是筛板精馏塔及其进料预热的设计，分离摩尔分数为0.42的苯-甲苯溶液，使塔顶产品苯的摩尔含量达
5、到98%，塔底釜液摩尔分数为3.5%。综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用了筛板塔对苯-甲苯进行分离提纯，塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为15。根据经验式算得全塔效率为0.528。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为14，提馏段实际板数为13。实际加料位置在第15块板。精馏段弹性操作为3.2。通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。前 言化工生产中，产品一般为混合物，要得到高纯度组分则必须对粗产品进行分离；如液固的分离有过滤操作，混合气体的分离有吸收操作；同样混合液体的分离操作有蒸馏和精馏。对工厂大批量生产过程中，精馏操作广泛用于液体
6、混合物的分离；精馏塔又分为筛板塔、浮阀塔和喷射型塔等。相比之下：筛板塔具有容易堵塞，漏液量较大和操作弹性小的缺点；但它结构简单、设计简便、操作容易、生产能力大、压降小又经济的优点；故在生产尤其是中试装置中应用颇多。这次设计将让学生深深体会到知识在生产中的应用，很大的提高学生的自学能力，在设计过程中初步了解理论在世纪中的应用的重要，对实际过程有了初步的了解，增强我们动手能力也提高了我们的综合应用知识的能力。这次设计对学生的就业和考研深造均有很大帮助。我一定尽我所能完成此设计任务，不辜负大学里这种锻炼自己的机会，不辜负老师中对我们的指导，争取给老师一份满意的答卷，给自己满意的作品！第一章 绪 论1
7、.1 精馏原理利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如图1-1所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提留段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。图 1-1 连续精馏塔 苯甲苯混合液的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进了，将原料通过预热器加热至泡点后
8、，送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷却后一部分作为回流液，其余作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送至储槽。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸气再沸器加热，塔底产品经冷却后送入储槽。流程参见附图。1.1.1 加热方式的选择 本设计采用间接蒸汽加热，加热设备为再沸器。本设计不易利用直接蒸汽加热，因为直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度，轻组分收率一定前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生产要求，从而又增加了生产的费用，但也增加了间接加热设备。1.1.2 操作压力的选取精馏操作按操作压力可分为常压精馏，加压精
9、馏，减压精馏。一般采用减压精馏，压力对挥发度的影响不大，在常压下不能分离的或达不到分离要求时，采用加压精馏；对于热敏性物质采用减压精馏。当压力较高时，对塔冷凝有利，对塔底加热不利，同时压力升高，相对挥发度降低，管径减小，壁厚增加。本次设计采用常压101.32kpa作为操作压力。1.1.3 回流比的选择 对于一般体系最小回流比的确定可按常规方法处理，但对于某些特殊体系，如乙醇水体系则要特殊处理，该体系最小回流比Rmin的求取应通过精馏段操作线与平衡线相切得到。而适宜回流比R的确定，应体现最佳回流比选定原则即装置设备费与操作费之和最低，我们推荐以下简化方法计算各项费用，从而确定最佳回流比。一般经验
10、值为R=(1.2-2.0)Rmin.1.1.4 塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择选全凝器，塔顶处理啊的气体温度不高。冷凝后回流液和产品温度不高，无需再次冷凝，且本次分离时为了苯和甲苯，为节省资金，选用全凝器。塔顶选用全凝器，因为后继工段产品以液相出料，但所得产品的纯度低于分凝器，因为分凝器的第一个分凝器相当于一块理论板。塔顶冷却介质采用自来水，方便、实惠、经济。1.1.5 板式塔的选择板式塔工艺尺寸设计计算的主要内容包括：板间距、塔径、塔板型式、溢流装置、塔板布置、流体力学性能校核、负荷性能图以及塔高等。其设计计算方法可查阅有关资料。着重应注意的是：塔板设计的任务是以流经塔内气液的物流量、
11、操作条件和系统物性为依据，确定具有良好性能（压降小、弹性大、效率高）的塔板结构与尺寸。塔板设计的基本思路是：以通过某一块板的气液处理量和板上气液组成，温度、压力等条件为依据，首先参考设计手册上推荐数据初步确定有关的独立变量，然后进行流体力学计算，校核其是否符合所规定的范围，如不符合要求就必须修改结构参数，重复上述设计步骤直到满意为止。最后给制出负荷性能图，以确定适宜操作区和操作弹性。塔高的确定还与塔顶空间、塔底空间、进料段高度以及开人孔数目的取值有关，可查资料。表11 参数选取项目方式压力加料状态加热方式回流比冷凝器冷却介质板式塔选 取连续精馏常压气液混合间接蒸汽R=(1.2-2.0)Rmin
12、全凝器自来水板式塔1.1.6 关于附属设备的设计a）热量衡算求取塔顶冷凝器、冷却器的热负荷和所需的冷却水用量；再沸器的热负荷和所需的加热蒸气用量；b）选定冷凝器和再沸器的型式求取所需的换热面积并查阅换热器标准，提出合适的换热器型号；c）确定主要接管尺寸，列出接管表。1.2 设计思路在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是筛板式
13、连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除用 泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。在这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作。 因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。 物料衡算热量衡算 塔工艺尺寸 流体力学及负荷性能附属设备 图1-3设计思路第二章 塔板的工艺设计2.1物料衡算2.1.1物料衡算F：进料量 ：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量 ：塔顶组成W：塔底残液流量：塔底组成已知：F=80,=0.42，=0.98，=0.035（以上都为摩尔分数）总物料衡算： F=D+W 苯的物料衡算：F=D+W即： 解得：D=32.59，W=47.41表21 物料衡算结果物料流量kmol/h组成进料F80苯：0.42 甲苯：0.58塔顶产品D32.59苯：0.98 甲苯：0.02塔底产品W47.41苯：0.035
